質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)以其高能量密度、低環(huán)境危害的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在全球可持續(xù)能源發(fā)展中受到越來(lái)越多的關(guān)注。然而，陰極氧還原反應(yīng)(ORR)緩慢的動(dòng)力學(xué)限制了PEMFC的整體性能。因此，開(kāi)發(fā)高效的ORR電催化劑對(duì)制備高功率/能量密度質(zhì)子交換膜燃料電池具有重要意義。
近日，中山大學(xué)劉衛(wèi)和丹麥哥本哈根大學(xué)Jan Rossmeisl等報(bào)道了一種簡(jiǎn)便和可擴(kuò)展的O2參與的水溶液培養(yǎng)策略，基于高M(jìn)?Pt比和B摻入促進(jìn)的富M核和富Pt殼層水凝膠形成過(guò)程以制備PtxMy(M=Ni，F(xiàn)e，Co)束狀納米籠氣凝膠(PtxMy BNC AGs)。具體而言，PtxMy BNCs AGs將金屬氣凝膠的優(yōu)點(diǎn)與獨(dú)特的3D多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和具有超薄多孔壁的納米籠構(gòu)件結(jié)合在一起；特別是在配體和應(yīng)變效應(yīng)調(diào)控下，具有優(yōu)化d帶中心的Pt83Ni17 BNCs AG對(duì)ORR的活性和穩(wěn)定性顯著提高，其質(zhì)量活性為1.95 A mgPt?1，比活性為3.55 mA cm?2，分別是商業(yè)Pt/C催化劑的8.9倍和9.6倍。此外，Pt83Ni17 BNCs AG的質(zhì)量活性在經(jīng)過(guò)2萬(wàn)次ADT循環(huán)后僅下降了17.4%，而商用Pt/C催化劑的質(zhì)量活性則嚴(yán)重下降了68.2%。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算，Pt83Ni17 BNCs AG/C對(duì)ORR的增強(qiáng)活性和耐久性可歸因于以下原因：1.獨(dú)特的金屬氣凝膠結(jié)構(gòu)具有豐富的孔隙，相互連接的納米線為快速電子轉(zhuǎn)移提供自由通道；2.具有超薄多孔壁的納米籠構(gòu)件可以提供更高的原子利用率，并產(chǎn)生更多的內(nèi)部活性位點(diǎn)；3.應(yīng)變和配位環(huán)境的協(xié)同效應(yīng)優(yōu)化了d帶中心，從而提供了一個(gè)適當(dāng)削弱Pt?O結(jié)合強(qiáng)度。最重要的是，Pt83Ni17 BNCs AG/C中適當(dāng)?shù)腜t/Ni比例也能有效地抑制Ni的浸出，適當(dāng)?shù)目紫堵士梢詼p少BNCs表面化學(xué)勢(shì)高的二次結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步抑制燒結(jié)，有利于其長(zhǎng)期穩(wěn)定性?？偟膩?lái)說(shuō)，該項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高性能和低成本的電催化劑提供了新的思路。Scalable and Controllable Synthesis of Pt-Ni Bunched-Nanocages Aerogels as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction Reaction. Advanced Energy Materials, 2023. DOI: 10.1002/aenm.202204257
